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1、第十一章植物钙 镁 硫营养与钙 镁 硫肥 Ca Mg S 一 土壤中的钙和镁1 土壤中钙和镁的来源母质是土壤中钙和镁的主要来源含钙 镁的矿物有 碳酸盐类 方解石 白云石等 硫酸盐类 石膏等 硅酸盐类 角闪石 辉石 钙长石等 磷酸盐类 磷灰石 施肥2 土壤中钙和镁的形态 1 离子态含量很低 2 交换态被土壤胶体吸附的Ca2 Mg2 3 矿物态原生矿物中的Ca Mg 第一节土壤中的钙镁硫 3 土壤中钙和镁的含量 一般土壤含钙丰富 作物不缺钙 酸性土壤钙含量低 需要施用石灰蔬菜作物需钙量大 生长快 生理缺钙 阴雨天气或温室湿度很高的环境 植物生理性缺钙 Ca 钙可通过几种途径得到供应 由于大多数缺钙
2、土壤为酸性 良好的施石灰方法能有效地施入钙 方解石质和白云石质石灰石都是优良的钙肥源 当土壤pH较高 不需施石灰时 石膏也能供给钙 普通过磷酸钙含石膏50 三料过磷酸钙也含比例较低的石膏 它们都能给土壤补钙 如果植物生理性缺钙 则应补充含钙的水溶性肥料 如硝酸钙 氯化钙等 Ca 由于镁比钙溶解性强 遭受的淋失多 故通常土壤含镁比含钙少 同样 母质含镁也比含钙少 虽然大多数土壤含镁足以供给植物生长 但缺镁也可能发生 Mg 80年代以来 在南方地区 镁肥有效的作物种类和土壤普遍扩大 缺镁现象有日益加重的趋势 镁肥的重要性更加突出 60年代初期 红壤性稻田与旱地红壤上进行了水稻 大豆镁肥肥效的试探性
3、试验 水稻一般表现为叶色加深 高度增加 增产幅度5 18 大豆施镁促进生长更加明显 平均增产率为23 5 进入70年代 海南岛的橡胶出现大面积缺镁黄叶 与此同时 需镁多的花生 油菜 马铃薯 甜菜 玉米等作物相继出现施镁肥有肥效 二 土壤中的硫1 来源及形态来源 1 母质 如含石膏 芒硝 硫化铁的母质 2 施肥 如无机肥中的过磷酸钙 硫酸钾 硫酸铵 有机肥中的人粪尿含硫5 3 降雨 带至地面的硫可达13 1 28 4kg 公顷 形态 主要是有机态 尤其是湿润地区 难溶态硫 FeS2 ZnS 等固态矿物态 1 无机态硫水溶性硫 土壤溶液中的SO42 有时有S2 吸附态硫 胶体吸附SO42 与溶液S
4、O42 平衡 2 有机态硫其含量随土壤有机质增加而增加 在湿润地区 土壤硫以有机硫为主 据我国南方10省土壤分析统计资料 有机硫占全硫86 四川 94 福建 北方干旱 半干旱地区土壤则以无机硫 CaSO4 Na2SO4 为主 土壤硫的形态 2 土壤中硫的含量 1 30 50mg kg全硫有效硫均高 供硫潜力大 2 16 30mg kg有效硫较高 可维持当前产量水平需要 3 16mg kg全硫和有效硫均低 容易产生缺硫现象 土壤硫的循环和转化在土壤硫的循环中 硫酸盐 SO42 有特别的地位 1 有机硫的矿化和固定有机质的C S300 400 则就有可能产生生物固硫 2 矿质硫 SO42 的吸附和
5、解吸在富含铁 铝氧化物和水化氧化物 水铝英石及1 1型粘粒矿物为主的土壤 硫酸根 SO42 有可能被带正电荷的土壤胶体所吸附 但吸附的SO42 容易被其它阴离子交换 3 硫化物和元素硫的氧化 氧化产生H2SO4 导致土壤酸化 当前世界各地土壤缺硫现象日益普遍 世界上缺硫国家和地区明显增加 从15年前的36个增加到目前的72个 且仍有不断增加的趋势 在我国先后进行了26次硫肥田间试验和15个省的土壤缺硫状况的普查 20 的土地严重缺硫 近些年来有两个因素已使含硫气体减少 A 天然气和其它石油产品代替煤 有关环境污染的法规 B 由于降雨及肥料一度是硫的可靠来源 缺硫极少见 现在一些从未出现过缺硫的
6、地区日益常见缺硫 因为大气正变得清洁 不含那么多SO2一类的气体 因为高成分肥料基本上不含硫 这就是说 硫不再伴随其它肥料施入 例如 普通过磷酸钙 0 20 0 曾是主要磷肥源 含硫11 9 每施20公斤的P2O5 就有l2公斤硫 伴随 着施进去 重过磷酸钙 0 46 0 含硫l 4 每施20公斤P2O5 仅有0 6公斤硫进入土壤 近年来 作物产量急剧上升 种植行距变得更密 这就增加了土壤对硫的需求 精耕细作更易于降低有机质水平 这会降低土壤的供硫能力 硫素来源的变化 中国中量营养元素缺乏面积 第二节植物钙素营养与钙肥 一 植物钙素营养1 植物体内钙的含量 形态与分布占植物干重的0 1 5 0
7、 一般为0 5 左右 分布因作物 器官而异 双子叶植物 CEC大 单子叶植物 CEC小 茎叶 花 种子 不同器官和细胞部位钙的形态有所差异 以植素 种子 果胶酸钙 细胞壁 主要 及草酸钙 碳酸钙 磷酸钙 液泡 形态存在 2 植物体内钙的营养作用 1 稳定细胞膜钙能稳定细胞膜结构 保持细胞的完整性 其作用机理主要是依靠它把生物膜表面的磷酸盐 磷酸脂与蛋白质的羧基桥接起来 钙对生物膜的稳定作用在植物对离子的选择性吸收 生长 衰老 信息传递以及植物的抗逆性等方面有重要作用 概括起来有以下四个方面 a 提高生物膜的选择吸收能力 b 增强对环境胁迫的抵抗能力 减轻重金属及酸性毒害 对盐害 冻害 干旱 热
8、害和病虫害的抗性增强 c 维持细胞分隔化作用 减弱乙烯的生物合成 防止植物早衰 d 提高作物品质 储藏器官发育初期 Ca2 含量较低时 细胞原生质膜的通透性增加 有利于糖等有机物质经韧皮部向储藏器官中转运 成熟果实Ca2 含量较高 防止果实腐烂 利于储存 2 稳定细胞壁植物中大多数钙以构成细胞壁果胶质的结构成分存在于细胞壁中 由于细胞壁中有丰富的结合位点 Ca2 的跨质膜运输受到限制 几乎完全依赖于质外体运输 其生理意义为 a 增强细胞壁结构与细胞间的粘结作用 b 对膜的透性和有关的生理生化过程起调节作用 钙 镁离子连接果胶羧基的结构图示 3 促进细胞的伸长和根系生长缺钙会破坏细胞壁的粘结联系
9、 抑制细胞壁的形成 同时不能形成细胞板 出现双核细胞现象 细胞无法正常分裂 最终导致生长点死亡 钙调蛋白是一种由148个氨基酸组成的低分子量多肽 MW约为20000 对Ca2 有很强的选择性亲合能力 并能同四个Ca2 结合 它能激活的酶有磷脂酶 NAD和Ca2 ATP酶等 植物细胞信息是通过Ca2 在细胞质中的浓度的改变来实现传递的 CAM对Ca2 的亲合能力正是它传递信息的基本特征 4 参与第二信使传递钙能结合在钙调蛋白 CAM 上 对植物体内的多种酶起活化作用 并对细胞代谢有调节作用 Ca CAM复合体的形成与酶的激活 NAD激酶 Ca2 ATP酶 Ca2 泵 等受CaM激活 5 调节渗透
10、作用在有液泡的叶细胞内 大部分的Ca2 存在于液泡中 它对液泡内阴阳离子的平衡有重要贡献 6 具有酶促作用Ca2 对细胞膜上结合的酶 Ca ATP酶 非常重要 它的主要功能是参与离子和其它物质的跨膜运输 3 植物对钙的吸收和运输靠根尖被动吸收Ca2 靠木质部运输到地上部 运输动力是蒸腾作用 4 植物对钙的需求与缺钙症状 植物对钙的需求量因作物种类和遗传特性的不同而有很大的差异 试验表明 在同样条件下 黑麦草最佳生长所需介质中Ca2 的浓度为2 5 mol L 而番茄是100 mol l二者相差40倍 黑麦草最佳生长时期植株含钙量为0 7mg g 而番茄为12 9mg g 相差18 4倍 可见各
11、种作物对钙的需求量悬殊很大 一般认为 在土壤交换性钙的含量 10 mol kg时 作物不会缺钙 生长点坏死 幼叶卷曲变形 果实发育不良 水稻缺钙 芹菜缺钙症状 芹菜 西瓜 水培 番茄 番茄 甘蓝 韭菜 黄瓜 菜花 白菜缘腐病 白菜心腐病 甘蓝心腐病 钙镁比在6 3时生长正常 而当小于2时几乎停止生长 比值越小 生长越差 钙镁比对菠菜生长的影响 草莓叶尖枯死病 甜椒蒂腐病 蕃茄蒂腐病 苹果 柑橘缺钙症状 葡萄 含钙肥料生产情况 目前尚没有专用作补充钙养分的商品钙肥 一般都用含钙较多的物料 如含钙氮肥 磷肥或石灰 石膏等 在提高土壤供肥力 调理土壤反应 改良土壤物理性状的同时 兼用作钙肥 几种含钙
12、肥料和物料的成分名称成分Ca 硝酸钙Ca NO3 219石灰氮CaCN2 CaO38普钙Ca H2PO4 2 H2O CaSO418 20钙镁磷肥 Ca3 PO4 2 CaSiO320 24磷矿粉Ca10F2 PO4 620 35生石灰CaO70熟石灰Ca OH 250碳酸钙CaCO335 38白云石粉CaMg CO3 220石膏CaSO422 Ca 1 4 CaO 二 石灰肥料的种类和性质是常用的含钙肥料 1 生石灰又称烧石灰 主要成分是CaO 是由石灰矿煅烧而成 CaCO3 石灰石 CaO CO2Ca Mg CO3 2 白云石 CaO MgO CO2强碱性 是中和土壤酸度能力最强的石灰肥料
13、 中和值为179 以CaCO3的分子量100为基准 CaO为56 即56克CaO中和酸的能力相当于100gCaCO3 则100gCaO的中和能力相当于100 56 100 179 但施用不当会引起烧苗及磷和微量元素的缺乏症 3 石灰石粉由石灰岩或白云石粉碎而成 中和值只有90 98之间 2 熟石灰又称硝石灰 主要成分是Ca OH 2 是由生石灰吸湿或加水处理而成 强碱性 中和值为136 各种石灰物质的中和值 生石灰 熟石灰 石灰粉 1 中和土壤酸度 消除活性Al Fe Mn的毒害2H Ca OH 2 Ca2 2H2OAl OH 2 H Ca OH 2 Al OH 3 H2O Ca2 三 石灰肥
14、料的作用 2 增加土壤有效养分酸性土壤施石灰 能促进微生物矿化和生物固氮 增加有效养分给源 同时 使固磷作用减弱 促进无机磷的释放 还可提高Mo的有效性 3 改善土壤物理性质土壤胶体由氢胶体变为钙胶体 有利于水稳性团粒结构的形成 4 减少病虫害如十字花科根肿病 番茄青枯病等在酸性土壤上容易蔓延 而在中性和石灰性土壤上发病率会显著下降 因大部分真菌适于酸性环境下生长 1 施用量根据土壤酸度按下式计算 石灰施用量 kg 公顷 M 100 x 74 1000 x2250000 x 1 2 M 中和100g土壤所需Ca OH 2的摩尔数74 1000 Ca OH 2的毫摩尔量2250000 每公顷耕层
15、土壤的重量 kg 实际施用量只需估算量的一半 四 石灰肥料的施用 中科院南土所在红壤地区长期试验结果如下 土壤反应粘土壤土砂土 强酸性 pH为4 5 5 0 15010050 70酸性 pH为5 0 6 0 75 12550 7525 50微酸性 pH为6 0 5025 5025 酸性红壤第一年的石灰施用量 kg 667m2 石灰改良酸性土的效果 1 作物种类耐酸作物 如马铃薯 燕麦等 可以不施 耐酸性中等的作物 如水稻 甘蔗 豌豆 蚕豆等 可以少施 不耐酸性作物 如大麦 小麦 棉花 玉米 大豆等 则适当多施 2 土壤条件土壤酸性强 活性铝 铁 锰的浓度高 质地粘重 耕作层厚时石灰用量适当多些
16、 黏土应比砂土多施 旱地 水分少 石灰不易溶解 与土壤反应较慢 比水田多施 坡度大 降雨多的地区应多施 坡上比坡下多施 3 石灰的种类和性质种类不同 中和值不同 则施用量也不相同 4 其他条件同时施用其他碱性肥料时可少施 降雨量多的地区用量应大些 撒施 中和全耕层或结合绿肥压青或稻草还田的用量大些 2 影响石灰施用量的因素 对酸性敏感的作物适应中性反应的作物适应酸性反应的作物 pH6 0 8 0 pH6 0 6 7 pH5 0 6 0 作物pH值作物pH值作物pH值 棉花6 0 8 0甘蔗6 2 7 0茶树5 2 5 6小麦6 7 7 6蚕豆6 2 7 0马铃薯5 0 6 0大麦6 8 7 5水稻5 5 6 5荞麦5 0大豆7 0 8 0油菜5 8 6 7西瓜5 0 6 0玉米6 0 8 0甜菜6 0 7 0花生5 6 6 0紫苜蓿7 0 8 0豌豆6 0 7 0烟草5 0 5 6亚麻5 0 6 0 主要作物最适宜的pH值 3 石灰肥料的施用 石灰可作基肥和追肥 不能作种肥 撒施力求均匀 防止局部土壤过碱或未施到 条播作物可少量条施 番茄 甘蓝和烟草等可在定植时少量穴施 不宜连续大量施
